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Combustione e gasdinamica delle macchine

02AIUNE

A.A. 2021/22

2021/22

Combustione e gasdinamica delle macchine

Con questo insegnamento s'intendono fornire i fondamenti di termodinamica della combustione, della dinamica dei flussi reagenti e della gasdinamica delle macchine a fluido, presentando le metodologie per la loro analisi sperimentale e modellazione. Particolare attenzione viene dedicata alle loro applicazioni alla progettazione dei motori a combustione interna e delle turbine a gas ad alta efficienza.

Combustione e gasdinamica delle macchine

The goal of this subject is to introduce the fundamental of the thermodynamics of chemically reacting flows and of gasdynamics applied to fluid-flow machines. The main methodologies to analyze and modeling such phenomena in IC engines are investigated along with their applications to the design of the combustion systems in highly-efficient IC engines and gas turbines.

Combustione e gasdinamica delle macchine

Capacità di eseguire valutazioni preliminari di parametri termodinamici in flussi reagenti, con particolare riferimento ai parametri di combustione, di impostare bilanci energetici, valutare i parametri caratteristici delle prestazioni e i rendimenti di sistemi energetici a combustione e di impiegare metodologie di fluidodinamica computazionale per la loro progettazione.

Combustione e gasdinamica delle macchine

Competences needed to: estimate thermodynamic parameters in reacting flows; evaluate combustion parameters in IC engines; write energy balance for complex energy systems and calculate their efficiency and performance; apply computational fluid dynamic methodologies to design IC engine combustion systems.

Combustione e gasdinamica delle macchine

Conoscenze dei principi della termofluidodinamica-energetica, dei sistemi di conversione dell'energia e della chimica di base. Conoscenza dei principi di funzionamento delle macchine a fluido e dei loro componenti e sottosistemi, con particolare riferimento ai sistemi di alimentazione dell'aria e del combustibile ed al sistema di combustione. Sono considerati pre-requisiti le frequenze degli insegnamenti di Macchine, Propulsori termici e Controllo delle emissioni di inquinanti.

Combustione e gasdinamica delle macchine

Knowledge of the fundamentals of thermo fluid dynamics and Chemistry. Knowledge of the operating principles of IC engines and their subsystems and components, with specific reference to charging, fuel injection and combustion apparatuses. It is highly recommended to have attended the following subjects: "Macchine", "Propulsori termici" and "Controllo delle emissioni di inquinanti".

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Introduzione al corso. Prospettive energetiche, ambientali e tecnologiche nel settore del trasporto su strada. Contesto normativo europeo per le emissioni di inquinanti e CO2 da veicoli (cenni). (2 ore) Moto medio e turbolenza nei motori alternativi (7 ore). Moti organizzati in camera di combustione: swirl, squish, tumble: genesi ed evoluzione. Turbolenza nei motori: tecniche di estrazione del moto medio e turbolento; scale della turbolenza e raggio inerziale. Combustione premiscelata turbolenta (7 ore): velocità di combustione laminare; scale del processo di combustione; regimi turbolenti della combustione premiscelata e diagramma di Borghi. Formulazione della velocità di combustione turbolenta e delle velocità caratteristiche del processo di combustion in motori SI. Introduzione alla Modellazione delle Macchine e della Turbolenza. (6 ore) Diagnostica della combustione (3 ore): approcci “pressure-based” multizona per motori ad accensione comandata. Modelli 0D di combustione per motori SI (3 ore): "entrainment-based burning model" ed approccio frattale; approcci per la stima dell'intensità della turbolenza. Stima della variabilità ciclica del ciclo indicato. Combustione nei motori diesel: modello concettuale (2 ore) Spray da motori diesel (3 ore): penetrazione spray,angolo dello spray e penetrazione fase liquida. Modello stazionario 1D isotermo per calcolo penetrazione spray. Modello stazionario 1D per calcolo penetrazione fase liquida. Modello 1D non stazionario per calcolo rapporto di equivalenza; analisi della formazione della carica in iniezioni con durata maggiore e minore del ritardo di iniezione. Diagnostica della combustione (1 ore): approcci “pressure-based” multizona per motori ad accensione per compressione. Modelli 0D di combustione per motori diesel (1 ora): “Accumulated fuel mass approach” Controllo model-based della combustione nei motori (1 ora) Fondamenti di Combustione nelle Turbine a Gas. Abbattimento delle emissioni da turbine a gas (6 ore).

Combustione e gasdinamica delle macchine

Combustion in diesel engines (9 hours): liquid fuel penetration, mixture formation, premixed and diffusive combustion. Dec conceptual model and Phi-T diagram. Spray and liquid fuel penetration modelling. Mean-floe and turbulence in ICEs (6 hours). Organized motions in the combustion chamber, onset and evolution: swirl, squish, tumble. Turbulence in ICEs: extraction techniques for mena-floe and turbulent fluctuation; turbulence scales and inertial subrange. Premixed turbulent combustion (6 hours): laminar burning speed; scales of combustions; turbulent regimes of turbulent combustion and Borghi plot. Combustion diagnostics (6 hours): multizone pressure-based apporaches for diesel and SI engines. Burning rate modeling in diesel and SI engines (6 hours) Guidelines for the design of combustion chambers in ICEs (6 hours).

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LABORATORI Tecniche per lo sviluppo di modello 0D/1D in motori a combustione interna (con utilizzo codice commerciale GT-Power): 9 ore presso LAIB . Analisi CFD dei sistemi di iniezione e combustione in motori a combustione interna (con utilizzo codice commerciale Star CD): 9 ore presso LAIB.

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APPLIED LECTURES Introduction to computational fluid dynamics: conservation of mass and momentum. Reynolds averaged Navier-Stokes equations. Turbulence modeling. k-epsilon; 3 hours. LABORATORIES Techniques for 0D/1D modeling of internal combustion engines (GT-Power environment): 9 hours at LAIB. CFD analisys of injection and mixture formation in ICEs (Star CD environment): 9 hours at LAIB.

Combustione e gasdinamica delle macchine

Il materiale didattico verrà fornito dal docente a lezione e sarà disponibile in formato pdf sul portale della didattica. Oltre a tale materiale si consiglia il seguente testo di riferimento: Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 2nd edition, 2018. Une versione elettronica di questo testo è scaricabile, ad un prezzo concordato riservato agli studenti del Politecnico di Torino, dal bookstore della McGrawHill utilizzando il seguente link: https://create.mheducation.com/shop/#/catalog/details/?isbn=9781307412017

Combustione e gasdinamica delle macchine

Didactic material such as notes diagrams and tables used during lectures and practical work are available to students in pfd format through webportal. The reference book for further study is: Heywood, J.B. “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw Hill, 2nd edition, 2018. An electronic version of this textbook can be purchased and dowloaded from McGrawHill bookstore clicking at the following link: https://create.mheducation.com/shop/#/catalog/details/?isbn=9781307412017 The offer is reserved to Politecnico di Torino students.

Combustione e gasdinamica delle macchine

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Combustione e gasdinamica delle macchine

L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, è possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.

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Exam: Compulsory oral exam;

Combustione e gasdinamica delle macchine

Final examination consists in an oral test aimed at checking and verifying that the expected learning outcomes (detailed in the specific box above) have been achieved. The oral test is usually characterized by two questions, that can be about any of the topics discussed at lectures, applied lectures and/or laboratories. Additional questions can be asked if needed to complete the assessment. The average duration of the oral test is about 1.5 hours. For some cases, specifically identified by the professor and under his supervision only, it is possible to double-check didactic material during the oral test.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, è possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.

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Exam: Compulsory oral exam;

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Final examination consists in an oral test aimed at checking and verifying that the expected learning outcomes (detailed in the specific box above) have been achieved. The oral test is usually characterized by two questions, that can be about any of the topics discussed at lectures, applied lectures and/or laboratories. Additional questions can be asked if needed to complete the assessment. The average duration of the oral test is about 1.5 hours. For some cases, specifically identified by the professor and under his supervision only, it is possible to double-check didactic material during the oral test.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Combustione e gasdinamica delle macchine

L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, è possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.

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Exam: Compulsory oral exam;

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Final examination consists in an oral test aimed at checking and verifying that the expected learning outcomes (detailed in the specific box above) have been achieved. The oral test is usually characterized by two questions, that can be about any of the topics discussed at lectures, applied lectures and/or laboratories. Additional questions can be asked if needed to complete the assessment. The average duration of the oral test is about 1.5 hours. For some cases, specifically identified by the professor and under his supervision only, it is possible to double-check didactic material during the oral test.

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